DE102019219731A1

DE102019219731A1 - Verfahren zur Kompensation eines Spannungsabfalls im Bordnetz eines Fahrzeugs, Steuergerät sowie Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019219731A1
Application number: DE102019219731.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Marquart; Nikolas Loeffelmann; Florian Haag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation eines Spannungsabfalls im Bordnetz eines Fahrzeugs bei dem elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist wird. Erfindungsgemäß wird die elektrische Energie mit Hilfe einer elektrischen Bremssystemkomponente eines hydraulischen Bremssystems des Fahrzeugs erzeugt, die vor Eintritt eines zu erwartenden Spannungsabfalls aktiviert wird.Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation eines Spannungsabfalls im Bordnetz eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens sowie ein Fahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.
Stand der Technik
In Fahrzeugen, die mit einem Verbrennungsmotor betrieben werden, wird beim Zünden des Verbrennungsmotors das Bordnetz kurzeitig stark belastet. In der Folge kann es zu einem deutlichen Spannungsabfall bis hin zu einer Unterspannung kommen. Es sind daher bereits Vorschläge gemacht worden, die der Stabilisierung des Bordnetzes bei einer vorübergehenden erhöhten Leistungsaufnahme dienen. Diese sehen oftmals das Zuschalten eines zusätzlichen Energiespeichers in Form einer Batterie vor, um eine vorübergehende erhöhte Leistungsaufnahme auszugleichen. Alternativ oder ergänzend können Trennmittel vorgesehen werden, die ein Übergreifen des Spannungsabfalls auf andere elektrische Verbraucher im Fahrzeug verhindern sollen. Beispielhaft wird auf die Offenlegungsschrift DE 10 2011 088 802 A1 verweisen, die eine Schaltung zur Stabilisierung eines elektrischen Netzes, insbesondere eines PKW-Bordnetzes, sowie ein Verfahren zur Ansteuerung der Schaltung offenbart.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation eines kurzzeitigen Spannungsabfalls im Bordnetz eines Fahrzeugs anzugeben, das keinen zusätzlichen Energiespeicher in Form einer Batterie benötigt. Das Verfahren soll somit einfacher und kostengünstiger umsetzbar sein. Ferner soll das Verfahren nicht nur der Kompensation eines Spannungsabfalls dienen, der durch das Zünden eines Verbrennungsmotors hervorgerufen wird, sondern ferner der Kompensation eines kurzzeitigen Spannungsabfalls, der von einem beliebigen elektrischen Verbraucher verursacht wird. Die Antriebsart des Fahrzeugs ist somit unerheblich. Das heißt, dass das Verfahren nicht nur auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor anwendbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Steuergerät zur Ausführung des Verfahrens angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Kompensation eines Spannungsabfalls im Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise im Zeitpunkt des Zündens eines Verbrennungsmotors, wird elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist. Erfindungsgemäß wird die elektrische Energie mit Hilfe einer elektrischen Bremssystemkomponente eines hydraulischen Bremssystems des Fahrzeugs erzeugt, die vor Eintritt eines zu erwartenden Spannungsabfalls, beispielsweise vor dem Zünden des Verbrennungsmotors, aktiviert wird.
Bei der elektrischen Bremssystemkomponente kann es sich beispielsweise um einen elektrischen bzw. elektromechanischen Bremskraftverstärker mit einem an das Bordnetz angeschlossenen Elektromotor handeln. Der Elektromotor ist in diesem Fall dazu ausgelegt, dass er nicht nur elektrische Energie aus dem Bordnetz ziehen, sondern zudem elektrische Energie an das Bordnetz rückeinspeisen kann. Das heißt, dass der Elektromotor zugleich als Generator genutzt werden kann. Mit Hilfe der rückeingespeisten elektrischen Energie kann dann im Zeitpunkt des zu erwartenden Spannungsabfalls der eintretende Spannungsabfall kompensiert werden.
Auf diese Weise kann ein kurzzeitiger Spannungsabfall, wie er insbesondere bei älteren Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor beim Zünden des Verbrennungsmotors auftritt, ausgeglichen oder zumindest deutlich verringert werden. Gleiches gilt, wenn der Betrieb eines im Fahrzeug vorhandenen beliebigen elektrischen Verbrauchers kurzzeitig zu einer starken Belastung des Bordnetzes führt. Mit Hilfe des vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit die Anzahl der Fehlereinträge verringert und die Spannungsversorgung aller darüber hinaus über das Bordnetz mit elektrischer Energie zu versorgenden elektrischen Fahrzeugkomponenten sichergestellt werden. In der Folge verringern sich auch die Anforderungen an die über das Bordnetz versorgten elektrischen Fahrzeugkomponenten, da die maximal zu erwartende Unterspannung auf einen höheren Wert gesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass das Bordnetz weniger stark belastet wird und somit für das Bordnetz eine Batterie mit einer geringeren Entladeleistung verwendet werden kann.
Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren macht sich zunutze, dass das Bremssystem eines Fahrzeugs in der Regel bereits aktiv ist, bevor beispielsweise die Zündung zum Starten eines Verbrennungsmotors betätigt wird. Somit lässt sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene zusätzliche Funktion vergleichsweise einfach in das Bremssystem integrieren.
Da sich das vorgeschlagene Verfahren im Besonderen zur Kompensation eines Spannungsabfalls im Bordnetz im Zeitpunkt des Zündens eines Verbrennungsmotors eignet, wird ferner die Durchführung des Verfahrens in eben diesem Zeitpunkt vorgeschlagen.
Bevorzugt wird bereits vor Eintritt eines zu erwartenden Spannungsabfalls, beispielsweise vor dem Zünden des Verbrennungsmotors, im hydraulischen Bremssystem ein Druck aufgebaut und gespeichert, wobei das hydraulische Bremssystem als Energiespeicher verwendet wird. Die in Form von Druck gespeicherte Energie kann anschließend mit Hilfe der elektrischen Bremssystemkomponente in elektrische Energie umgewandelt und in das Bordnetz eingespeist werden.
Zum Druckaufbau kann beispielsweise ein hin und herbeweglicher Kolben verwendet werden, der elektromotorisch betätigt wird. Der hierbei eingesetzte Elektromotor kann anschließend bei der Umwandlung der in Form von Druck gespeicherten Energie in elektrische Energie zugleich als Generator eingesetzt werden. Bevorzugt ist daher die elektrische Bremssystemkomponente ein elektromechanischer Bremskraftverstärker, da dieser einen auf einen Kolben einwirkenden Elektromotor für den Druckaufbau im hydraulischen Bremssystem umfasst.
Des Weiteren bevorzugt wird im Zeitpunkt des Spannungsabfalls, beispielsweise im Zeitpunkt des Zündens des Verbrennungsmotors, der zuvor im hydraulischen Bremssystem aufgebaute Druck abgebaut und zum generatorischen Betrieb der elektrischen Bremssystemkomponente genutzt. Das heißt, dass im Fall eines Druckaufbaus mittels eines Kolbens, dieser den Elektromotor zurückdrückt, so dass durch den Elektromotor eine generatorische Spannung erzeugt wird.
Vorteilhafterweise wird die Spannung im Bordnetz während eines Spannungsabfalls, beispielsweise während des Zündens des Verbrennungsmotors, gemessen. Dies ermöglicht eine Quantifizierung des Spannungsabfalls. In Abhängigkeit von der gemessenen Spannung kann dann der Druckabbau im hydraulischen Bremssystem bzw. die damit einhergehende Einspeisung elektrischer Energie in das Bordnetz geregelt werden. Das heißt, dass die Spannung im Bordnetz geregelt wird, und zwar vorzugsweise direkt über das hydraulische Bremssystem. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit, mit der Druck abgebaut wird, durch das Bremssystem in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung eingeregelt werden.
Gelangt beispielsweise das Verfahren beim Zünden eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs zur Anwendung, kann, nachdem das Fahrzeug den Verbrennungsmotor gestartet hat, die Stützfunktion des Bremssystems zur Stützung bzw. Stabilisierung des Bordnetzes beendet werden, so dass das Bremssystem wieder vollumfänglich zur Erfüllung seiner eigentlichen Funktion zur Verfügung steht. Dies gilt analog für jedes andere mit einem kurzzeitigen Spannungsabfall im Bordnetz einhergehende Ereignis.
Ferner wird vorgeschlagen, dass nur für den Fall einer zu erwartenden Unterspannung mit Hilfe der elektrischen Bremssystemkomponente elektrische Energie in das Bordnetz eingespeist wird. Somit kann die zusätzliche Stützfunktion des Bremssystems auf die Fälle reduziert werden, in denen tatsächlich eine Unterspannung zu erwarten ist. Die zu erwartende Unterspannung kann dabei aus der Ausgangsspannung und/oder der Spannung vorhergehender Spannungsabfallereignisse abgeleitet werden. Idealerweise wird daher die Spannung des Bordnetzes während des jeweiligen Spannungsabfallereignisses nicht nur gemessen, sondern der gemessene Wert in einem Datenspeicher abgelegt. Aus den im Datenspeicher abgelegten Messwerten kann dann für das nächste zu erwartende Spannungsabfallereignis die zu erwartende Unterspannung abgeleitet werden. Zur Datenspeicherung und/oder Ableitung der zu erwartenden Unterspannung wird vorzugsweise ein Steuergerät, beispielsweise ein Motorsteuergerät, verwendet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ferner ein Steuergerät für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Steuergerät ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren oder zumindest einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Vorzugsweise umfasst das Steuergerät einen Datenspeicher zum Ablegen von Messdaten, welche die Spannung im Bordnetz betreffen, und/oder eine Recheneinheit, mittels welcher eine zu erwartende Unterspannung aus einer zuvor gemessenen Ausgangsspannung und/oder der Spannungen vorhergehender Spannungsabfallereignisse ableitbar ist.
Darüber hinaus wird ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät vorgeschlagen. Das Steuergerät ist dabei über Steuerleitungen mit einer elektrischen Bremssystemkomponente eines hydraulischen Bremssystems verbunden, welche an ein Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen ist. Mit Hilfe des Steuergeräts kann demnach die elektrische Bremssystemkomponente in der Weise angesteuert werden, dass das zuvor beschriebene Verfahren ausgeführt wird. Beispielsweise kann vor dem Zünden eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs mit Hilfe der elektrischen Bremssystemkomponente ein Druck im hydraulischen Bremssystem aufgebaut und die Energie in Form des Drucks anschließend in elektrische Energie umgewandelt und in das Bordnetz zur Stützung eingespeist werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung eines möglichen Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend am Beispiel eines kurzfristigen Spannungsabfalls im Bordnetz eines Fahrzeugs beim Starten eines Verbrennungsmotors beschrieben, mit dessen Hilfe das Fahrzeug angetrieben wird.
Das Verfahren wird eingeleitet vor dem Zünden des Verbrennungsmotors. Dieser Schritt ist in der Figur mit dem Bezugszeichen 100 angegeben. Als Startsignal kann beispielsweise das Öffnen des Fahrzeugs mit einem Schlüsselschalter verwendet werden.
In Schritt 200 wird dann zunächst das Bremssystem aktiviert, und zwar vor dem Zünden des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs. In Schritt 300 wird dann mit Hilfe einer elektrischen Bremssystemkomponente des Bremssystems, vorzugsweise mit Hilfe eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers, ein Druck aufgebaut und in Schritt 400 gespeichert. Das hydraulische Bremssystem dient dabei als Druck- bzw. Energiespeicher. Die in Form von Druck gespeicherte Energie wird in Schritt 500 mit Hilfe der elektrischen Bremssystemkomponente, vorzugsweise mit Hilfe des elektromechanischen Bremskraftverstärkers, wieder in elektrische Energie umgewandelt und zur Stützung des Bordnetzes während des Zündens des Verbrennungsmotors in Schritt 600 in das Bordnetz eingespeist. Die elektrische Bremssystemkomponente bzw. ein Elektromotor der elektrischen Bremssystemkomponente wird hierzu als Generator genutzt.
Nach dem Starten des Verbrennungsmotors wird das Verfahren beendet. Das Ende ist mit dem Bezugszeichen 700 angegeben. Das Bremssystem bleibt aktiviert, damit es seine ursprüngliche Funktion weiter wahrnehmen kann. Das heißt, dass nur die zusätzliche Stützfunktion des Bremssystems beendet wird.
Die Durchführung des Verfahrens bzw. der Verfahrensschritte 100 bis 700 kann auf die Fälle beschränkt werden, in denen beim Zünden des Verbrennungsmotors mit einer Unterspannung des Bordnetzes zu rechnen ist. Wann mit einer Unterspannung zu rechnen ist, kann anhand der Ausgangsspannung und/oder der Spannung während vorhergehender Startvorgänge ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011088802 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Kompensation eines Spannungsabfalls im Bordnetz eines Fahrzeugs, bei dem elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie mit Hilfe einer elektrischen Bremssystemkomponente eines hydraulischen Bremssystems des Fahrzeugs erzeugt wird, die vor Eintritt eines zu erwartenden Spannungsabfalls aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Kompensation eines Spannungsabfalls im Bordnetz im Zeitpunkt des Zündens eines Verbrennungsmotors durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor Eintritt eines zu erwartenden Spannungsabfalls im hydraulischen Bremssystem ein Druck aufgebaut und gespeichert, wobei das hydraulische Bremssystem als Energiespeicher verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zeitpunkt des Spannungsabfalls der zuvor im hydraulischen Bremssystem aufgebaute Druck abgebaut und zum generatorischen Betrieb der elektrischen Bremssystemkomponente genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung im Bordnetz während eines Spannungsabfalls gemessen wird und der Druckabbau im hydraulischen Bremssystem in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur für den Fall einer zu erwartenden Unterspannung mit Hilfe der elektrischen Bremssystemkomponente elektrische Energie in das Bordnetz eingespeist wird, wobei vorzugsweise die zu erwartende Unterspannung aus der Ausgangsspannung und/oder der Spannung vorhergehender Spannungsabfallereignisse abgeleitet wird.
Steuergerät für ein Fahrzeug, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder zumindest einzelne Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Fahrzeug mit einem Steuergerät nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät über Steuerleitungen mit einer elektrischen Bremssystemkomponente eines hydraulischen Bremssystems verbunden ist, welche an ein Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen ist.